Содержание к диссертации
Введение
Глава первая. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ В МОСТОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ВРАЩАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТАХ 13
1-І. Специфика использования мостовых измерительных цепей переменного тока для целей преобразования информации с параметрических датчиков, расположенных на вращающихся объектах 13
1-2. Модуляционный способ преобразования 21
1-3. Амплитудный способ преобразования 25
1-4. Квадратурный способ преобразования 29
1-5. Импульсный способ преобразования 37
1-6. Амплитудно-фазовый способ преобразования 39
Основные результаты и выводы 45
Глава вторая. ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ РАЗРАБОТАННЫХ СПОСОБОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ИХ 46
2-І. Исследование и анализ неинвариантных по отношению к изменениям реактивной составляющей исследуемого комплексного сопротивления способов преобразования информации 46
2-2. Исследование и анализ инвариантных по отношению к изменениям реактивной составляющей исследуемого комплексного сопротивления способов преобразования
информации 66
Основные результаты и выводы 72
Глава третья. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ И РАЗРАБОТКА НОВЫХ БЕС- КОНТАКТНЫХ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИИ С ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА, РАС стр. ПОЛОНЕННОГО НА ВРАЩАЮЩЕМСЯ ОБЪЕКТЕ 77
3-І. Анализ существующих бесконтактных промежуточных преобразователей и разработка классификационного графа 77
3-2. Разработка бесконтактного промежуточного преобразователя дифференциального типа повышенной надежности 89
3-3. Разработка бесконтактного промежуточного преобразователя для одновременного преобразования ин формации с нескольких (vm ) параметрических датчиков, расположенных на вращающихся объектах. 102
Основные результаты и выводы III
Глава четвертая. РАЗРАБОТКА БЕСКОНТАКТНЫХ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ С ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ВРАЩАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТАХ, СТРУКТУРНЫЕ МЕТОДЫ УМЕНЬШЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ.. 112
4-І. Разработка алгоритма построения и структурной схемы бесконтактного промежуточного устройства 112
4-2. Разработка алгоритма построения и структурной схемы бесконтактного промежуточного устройства с уменьшением структурной погрешности от влияния
магнитных полей при преобразовании внутри одного многоточечного БПП 125
4-3. Разработка алгоритма построения и структурной схемы бесконтактного промежуточного устройства с уменьшением структурной погрешности от влияния
магнитных полей при преобразовании как внутри одного многоточечного БПП, так и между п. подобными БПП 132
4-4. Разработка алгоритма построения и структурной схемы бесконтактного промежуточного устройства с уменьшением погрешности преобразования информации от параметрического датчика путем исключения ее прерывности в момент формирования рабочих пар
статорных обмоток 141
4-5. Анализ и разработка классификационного графа бесконтактных промежуточных устройств 152
Основные выводы и результаты 156
Глава пятая. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНЫХ И ПРИНЦИПИМЬНОЙ СХШ МОСТОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ВРАЩАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТАХ 157
5-І. Структурная схема мостового измерительного преобразователя на основе использования импульсного способа 157
5-2. Структурная схема мостового измерительного преобразователя на основе использования амплитудно фазового способа 160
5-3. Принципиальная схема мостового измерительного преобразователя на основе использования амплитудно-фазового способа 164
Основные результаты работы 170
Литература 173
Приложения 183
Документы о внедрении 184
Акт испытаний 192
Программа испытаний 193
Протокол испытаний 198
Программа ЭВМ 2
- Специфика использования мостовых измерительных цепей переменного тока для целей преобразования информации с параметрических датчиков, расположенных на вращающихся объектах
- Исследование и анализ неинвариантных по отношению к изменениям реактивной составляющей исследуемого комплексного сопротивления способов преобразования информации
- Анализ существующих бесконтактных промежуточных преобразователей и разработка классификационного графа
- Разработка алгоритма построения и структурной схемы бесконтактного промежуточного устройства
- Структурная схема мостового измерительного преобразователя на основе использования импульсного способа
Специфика использования мостовых измерительных цепей переменного тока для целей преобразования информации с параметрических датчиков, расположенных на вращающихся объектах
В различной аппаратуре как отечественной, так и зарубежной информацию о величине и знаке контролируемого параметра вращающегося объекта формируют по амплитуде и знаку сигнала разбаланса мостовой измерительной цепи (МИД), составленной либо из четырех ПД, либо двух ПД и двух полуобмоток трансформатора [ 17, 18] . Введение в МИД емкостного или индуктивного БПП со значением реактивной составляющей, соответственно, 1/а/С или UJ U намного превосходящей активное сопротивление ПД,со значением активной составляющей Кс , Ки соизмеримой с активным сопротивлением ПД, делает невозможным использование обычной мостовой цепи постоянного тока. Измерительных цепей (ИЦ), содержащих R , Ь и Ь элементы, имеется колоссальное множество и процессу получения полезной информации с их помощью посвящено огромное число работ. Поэтому для лиц, занимающихся динамическим измерением параметров вращающихся объектов, необходимо взять на вооружение основы теории измерения с помощью ИЦ переменного тока и инвариантного преобразования параметров пассивных комплексных величин в активные величины - уровень тока, напряжения, длительность сигнала, и т.п.
При этом тензо- или термодатчик, или любой пассивный параметрический преобразователь, в дальнейшем будем называть его просто ПД, расположенный на вращающемся объекте и выдающий информацию о контролируемом параметре, и БПП реактивного типа представляют из себя комплексное сопротивление (КС). На рис, 1.2 и 1.3 показаны общие схемы соединения ПД, находящихся на вращающемся объекте и схемы их замещения для случая применения БПП емкостного и индуктивного типов, соответственно 1.21] . Схемы включения таких КС в МИД показаны на рис. 1.4 и 1.5, где одновременно показаны и круговые векторные диаграммы состояния МРИ] и возможных процессов установки нуля или уравновешивания их. Как видно из рисунков, в отличии от мостов постоянного тока, где перемещение потенциальных точек (ПТ) происходит по прямой линии, перемещение ПТ в МИД переменного тока происходит по соответствующим окружностям. Подробный анализ характера линий перемещения ПТ четьтрехплечих МИЦ и способов их построения выполнен Б.И. Швецким [22]
Исследование и анализ неинвариантных по отношению к изменениям реактивной составляющей исследуемого комплексного сопротивления способов преобразования информации
На вход измерительного устройства, кроме измеряемой величины, действуют другие параметры объекта измерения и окружающей среды (такие как температура, вибрация, влажность, изменения параметров БПП, наводки посторонних электрических напряжений). В этих условиях основной задачей измерительного устройства оказывается задача выделения "вычленения" из всего многообразия действующих на него факторов только значения измеряемой величины и "отстроения" от влияния всех мешающих факторов. Подавление чувствительности к мещающим факторам достигается относительно легко, пока погрешность от влияющих факторов допускается относительно большой (1-5 %) и становится очень трудным при требовании малых погрешностей (0,1- 0,01 %).
При работе с БПП индуктивного или емкостного типов основным мешающим фактором является изменение реактивной составляющей его в процессе вращения, а основным информационным сигналом является изменение величины активной составляющей ПД, размещенного на вращающемся объекте. Во многих перечисленных выше способах, результирующий сигнал которых зависит от изменения обеих составляющих J3/ и выражения (I.II), (I.2I), (1.33), для оценки результата измерения и сравнения способов между собой очевидно недостаточно знать только чувствительность по измеряемому параметру, а необходимо использовать более общий критерий, которым в данном случае является так называемое соотношение "сигнал-помеха"
Анализ существующих бесконтактных промежуточных преобразователей и разработка классификационного графа
В большинстве случаев для передачи информации с вращающихся объектов применяют наряду с контактными промежуточными преобразователями (КПП) [I] , обладающими рядом недостатков, устранить которые, несмотря на исследования [8] , не удается, БПП самых различных типов. Все известные БПП можно подразделить на БПП емкостного типа [12, 13] , индуктивного [16, 35] и радиотелеметрического [9J типов. БПП индуктивного и магнито-модуляционного типов рассмотрены в [2] .
Индуктивные БПП являются специально выполненными трансформаторами, у которых одна или несколько обмоток вращаются совместно с объектом. Конструктивно БПП индуктивного типа представляет собой две обмотки, одна из которых вращается относительно другой. БПП такого типа позволяют получить в настоящее время высокую чувствительность, что позволяет использовать их для целей тензометрирования, сохраняют работоспособность в широком диапазоне температур 250-300 С. Изменение коэффициента преобразования может не превышать 0,06- 0,1 %. Они обладают, наряду с указанными достоинствами, рядом недостатков, такими как сравнительно большими активными сопротивлениями и индуктивностями рассеивания обмоток, трудностями изготовления и сборки многока - 78 нальной конструкции, наличием распределенных емкостей обмоток, ограничивающих верхнюю рабочую частоту. Несмотря на это трансформаторные БПП позволяют на сегодняшний день получать наиболее высокие метрологические характеристики преобразования.
Все разновидности существующих конструкций БПП индуктивного типа можно разделить на ряд групп согласно классификационного графа, представленного на рис. 3.1
1. По виду магнитной цепи
2. По расположению обмоток
3. По расположению неподвижного магнитопровода
4. По расположению подвижного магнитопровода
5. По конструкции обмоток
6. По степени дифференциации обмоток.
Разработка алгоритма построения и структурной схемы бесконтактного промежуточного устройства
Из предыдущих глав видно, что применение инвариантных, от изменения реактивности БПП, способов преобразования информации с вращающихся объектов, в одних случаях, позволяет снизить требования к технологии изготовления БПП и его динамическим точностным характеристикам в процессе вращения объекта, а применение БПП индуктивного типа с максимальной степенью дифференциации обмоток и соответствующим расположением враіцающейся обмотки, повышающим надежность БПП, позволяет, в остальных случаях, использовать неинвариантные способы преобразования информации.
При проведении испытаний вращающихся объектов приходится контролировать не единицы ПД, а десятки и даже сотни. Это требует разработки многоканальных М БПП (ММБПП) [44, 45, 46 J . Многообразие методов и способов бесконтактного преобразования информации с вращающихся объектов приводит к множеству решений. ММБПП в целом не может работать без дополнительных устройств, располагаемых частично на вращающейся части исследуемого объекта, а в основном на неподвижной части.
На вращающейся части располагается синхронизатор. Его подвижная часть располагается непосредственно на одной оси с под - ТІЗ вижной частью ММВПП и представляет в целом неразъемное соединение для данного ММБПП или одного МЕПП. Конструктивно по габаритам синхронизатор представляет из себя такую же пару колец, как и сам МБПП. Статорные обмотки синхронизатора соединены с электрической схемой, находящейся на неподвижной части. Сигналы, получаемые с этой части синхронизатора, служат для управления одновременной работой коммутаторов, производящих синхронные переключения статорных обмоток в ММБПП.
Б целом сочетание нескольких ( П ) МБПП, синхронизатора, П, коммутаторов, а иногда и блока управления в дальнейшем будем называть промежуточным устройством (ПУ).
Бесконтактное промежуточное устройство БПУ-І предназначено для одновременно работы с И-ГЛ количеством ПД, размещенных на исследуемом вращающемся объекте [45] рис. 4.Т. Многоканальный коммутатор 3 по сигналам с синхронизатора 5, расположенного на одном валу с ММБПП I, производит одновременно коммутации его статорных обмоток.
Если число контролируемых ПД исследуемого объекта одним каналом равно, к примеру, 3, то при Л каналах общее число контролируемых ПД равно 3 n , а общее число статорных обмоток одного канала МБПП равно б
Структурная схема мостового измерительного преобразователя на основе использования импульсного способа
На основании теоретических и экспериментальных исследований были разработаны устройства обработки информации с вращающихся объектов на основе инвариантных способов преобразования информаиии. Преобразование информации с вращающихся объектов в мостовых измерительных преобразователях может быть осуществлено как с использованием БПП, так и с использованием БПУ.
Как уже указывалось, достоинством устройств, выполненных согласно инвариантных способов, является, во- первых, устранение влияния на результирующий сигнал реактивного сопротивления БПП, во- вторых, минимальное расположение на вращающемся объекте элементов измерительной пени.
На рис. 5.Т приведена структурная схема одноканального мостового измерительного преобразователя, построенного на основе использования импульсного способа.
Номиналы элементов МИЦ, а именно о , dz , Jb& , выбираются равными,согласно исследованиям, проведенным во второй главе , номиналу исследуемого ПД.
С МИЦ на вход первого блока согласования БС- подается напряжение измерительной диагонали }Jdc а на вход БС напряжение, синфазное с напряжением питания Uga . Для этой цели используется дополнительная вторичная обмотка VC трансформатора питания Тр » позволяющего сделать гальваническую развязку напряжений, снимаемых с диагоналей МИЦ, по земле.
Напряжение с выхода БС-j- проходит через два усилителя Ф и У. В иепи отрицательной обратной связи Ф находится двойной Т- образный RG - фильтр, настроенный на первую гармонику ЕХОДНОГО сигнала. Использование таких каскадов усиления позволяет с более высокой точностью произвести установку нулевого режима в МИЦ, содержащей нелинейный элемент, в данном случае БПП индуктивного типа.
Операция " Установка 0 " производится при нажатой кнопке Кн. В этом случае сигнал с выхода У поступает одновременно на один из входов фазовременного преобразователя ФВП и один из входов осциллографа, по которому ведется наблюдение амплитуды сигнала небаланса l/dc ФВП, при поступлении на другой его вход сигнала с БСо, вырабатывает импульс, длительность которого пропорциональна сдвигу фаз между входными сигналами, и он подается на второй вход осциллографа.
Поочередными регулировками элементов МИЦ - Cqon и R3 добиваемся минимальной длительности импульса с ФВП и минимальной амплитуды сигнала с У.
После окончания операции " Установка 0 " кнопка Кн. возвращается в исходное состояние, осциллограф отключается, схема готова к проведению испытаний.
